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剖析CBN热稳定性和其晶形及晶面结晶程度之间的关系

来源:  发布时间:2016-11-29 09:43:21  浏览量:

    CBN的热稳定性是决定CBN性能的重要指标之一,本文应用矿相显微镜和差热分析的方法,研究了CBN 热稳定性和其晶形及晶面结晶程度之间的关系,研究表明:
   (1)相同粒度的CBN晶体,晶形完整,表面洁净,光泽度好,透明度好,等积形比例高者 ,其晶体的热稳定性也高 ,反之则低。
   (2)晶面结晶程度高者 ,热稳定性亦高 ;如果晶面有大量微孔,说明其晶面的结晶程度相对较低 ,则热稳定性降低。
   (3)粒度相同且晶形完整程度一致的晶体,其热稳定性并不一定相同 ,还要看晶面结晶程度的高低。在反光显微镜下 ,可以根据晶面微气孔分布多少定性地判断出晶面结晶程度的相对高低。反光显微镜的使用弥补了体视镜或生物显微镜的不足,为CBN晶体热稳定性的快速确定提供了更科学可靠的手段 。
    1前言
  热稳定性是衡量 CBN(立方氮化硼) 晶体质量优劣的必要的重要指标之一,差热分析是确定CBN热稳定性的常用方法,通过测定CBN的氧化起始温度点和CBN的六方化点 (即抗可逆转化点或相变点)即可准确全面地反映CBN的热稳定性 。其中六方化点是衡量CBN热稳定性的主要指标 ,而一般所说的 CBN的热稳定性主要是指 CBN的六方化点温度的高低,因而本文重点测定了CBN的六方化点温度 ,并把该点温度做为衡量 CBN热稳定性的主要依据 。人们在生产实践中发现,CBN的热稳定性和其晶形及晶面结晶程度之间有密切的联系,人们根据 CBN晶体的晶形和晶面结晶程度即可大致判断出该 CBN晶体的热稳定性的相对高低,本文就CBN六方化温度的高低和CBN晶形及晶面结晶程度之间的关系做了初步探讨。
    2CBN六方化点温度的测定
  六方化温度是指在该温度条件下,CBN的外层不断转化成 HBN(六方氮化硼),HBN进一步氧化放热。X光衍射物相分析可以证明六方化的存在。六方化一旦开始,由于HBN的剧烈氧化而出现明显的放热峰。笔者选取了G. E. 公司、De Beers公司(第一组)和国内某厂家(第二组)的CBN晶体共九个样品,用 PCT - 2型差热分析仪在空气气氛中进行了差热分析。结果发现,第一组差热峰起始点温度较高,平均为 1060 ℃,六方化点介于1224 ℃和1257 ℃之间,曲线平滑,放热峰明显,峰值相对稳定(见图1)。第二组CBN的差热峰起始点温度较低,平均为 980 ℃,六方化点介于1100 ℃和1150 ℃之间,明显低于第一组CBN的六方化点100 ℃左右,且放热峰不明显(见图2)。

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                                                图1  第一组CBN样品的差热曲线

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                                                  图2  第二组CBN样品的差热曲线

    3不同样品 CBN晶形及晶面的特征
  笔者用江南光学仪器厂生产的XPL-1型透反两用偏光显微镜对上述两组样品进行了详细观察,结果如下:
  第一组:(图3)黑色,晶体以假八面体和四面体为主,少量不规则形状,等积形几乎占 100 %,晶面完整,且光滑洁净,晶棱明显,光泽度很好。在反光镜下呈现白色反射色,表面洁净,部分晶面上有生长条纹和生长丘,个别晶面上有细珠状淡黄色反射色斑点。

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                                                              图3  第一组CBN样品
  第二组 :(图 4) 黑色 ,晶体由假八面体、四面体和不规则形状共同组成 ,等积形≥ 90 %,晶面粗糙、破碎,光泽暗淡 。在反光镜下晶面呈白色反射色,但晶面充满疏密程度不同的麻点,个别晶面上有细珠状淡黄色反射色斑点 。

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                                                               图4  第二组CBN样品
    4分析讨论
  很明显,就相同粒度的CBN来说,其六方化点的高低和其晶形及晶面结晶程度两方面有着密切的关系。
  4. 1   晶形完整程度对六方化点的影响
  相同粒度的 CBN ,第二组和第一组相比,不规则形状的颗粒数量明显增加,等积形比例明显降低,晶面粗糙、破碎,从而导致第二组晶体的比表面积比第一组大得多,表面能也高,因而第二组CBN 晶体表面的六方化温度就相对低一些。如第二组的六方化起始温度一般在 980 ℃左右,六方化点最高为1150 ℃;而第一组CBN 的六方化起始温度就比较高,一般在 1060 ℃左右,六方化点温度最高为 1257 ℃。
  4. 2  晶面结晶程度对六方化点的影响
  实际上,晶形完整程度相同的晶体其晶面的结晶程度却未必是相同的。只是这种区别在体视显微镜或生物显微镜下看不清楚,而必须借助于反光显微镜,通过反光系统下晶体反射色的观察才可以得出明显的结论。在反光显微镜下,第一组 CBN 晶面非常干净,只含有微量的杂质 ,即上述所谓的细珠状淡黄色反射色斑点;第二组 CBN 的晶面也含有微量的杂质,但晶面充满了疏密程度不同的麻点 ,这些麻点其实就是微气孔。结晶完整没有微气孔的晶面光滑如镜,因而在反射光下其表面非常干净;布满微气孔的表面,由于气孔对光的散射和漫射,而使晶面呈现出麻点状。微气孔的出现,使得晶体的比表面积增大很多,从而使六方化点降低 ,热稳定性也降低。综上所述,由于第二组晶体的晶形比第一组晶体的晶形稍差,且晶面微气孔的存在使得晶面的结晶程度降低,从而导致晶体的比表面积大幅度增大,晶体受热时 ,其六方化温度明显降低,最终导致了 CBN 晶体热稳定性的降低 。
  4. 3  杂质对差热曲线的影响
  第一组样品光泽度非常好,表面洁净无气孔,且有一定的透明度,纯度很高,加热时反应平稳,因而差热曲线非常平滑稳定,放热峰稳定明显。第二组样品光泽暗淡,表面布满微气孔,不透明,说明晶体中含较多的杂质,由于杂质的影响,而使得CBN在加热时反应剧烈,相应的差热曲线不光滑,常呈锯齿状,在高温阶段由于反应复杂而没有出现稳定的放热峰。  
    5结论
  (1)相同粒度的CBN晶体,晶形完整,表面洁净,光泽度好,透明度好,等积形比例高者,其晶体的热稳定性也高 ,反之则低。
  (2)晶面结晶程度高者,热稳定性亦高;如果晶面有大量微孔,说明其晶面的结晶程度相对较低,则热稳定性降低 。
  (3)粒度相同且晶形完整程度一致的晶体,其热稳定性并不一定相同,还要看晶面结晶程度的高低。在反光显微镜下,可以根据晶面微气孔分布的多少定性地判断出晶面结晶程度的相对高低。反光显微镜的使用弥补了体视镜或生物显微镜的不足,为CBN晶体热稳定性的快速确定提供了更科学可靠的手段。
    以上就是CBN热稳定性和其晶形及晶面结晶程度之间的关系的介绍,希望能够帮到您!如果您想了解更多资讯,请继续关注我们的官网。

 
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